WO2007010761A1

WO2007010761A1 - メカニカルシール装置

Info

Publication number: WO2007010761A1
Application number: PCT/JP2006/313567
Authority: WO
Inventors: Yoshiaki Takigahira
Original assignee: Eagle Industry Co., Ltd.
Priority date: 2005-07-22
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2007-01-25
Also published as: US7905494B2; US20090249865A1; JP5039551B2; EP1909003A1; CN101228379B; KR20080036999A; CN101228379A; JPWO2007010761A1; EP1909003A4; EP1909003B1; KR101331248B1

Description

明細書

メカニカルシール装置

技術分野

[0001] 本発明は、高い圧力又は変動する圧力の被密封流体を密封できるようにすると共に、密封環の取付状態を強固に保持して摺動シール面のシール能力を発揮させることのできるメカ-カルシール装置に関する。また、密封環の摺動時の発熱によって摺動シール面が不具合になるのを防止したメカ-カルシール装置に関する。

背景技術

[0002] 近年、変動圧力や高圧の被密封流体を使用する機械装置が多くなるにつれて、そのメカ-カルシール装置における被密封流体の漏れ量の対策が求められている。そして、メカニカルシール装置の取付の構造に起因する被密封流体の漏れが問題となつている。そのうちでも、一対の組み合わせの密封環からの被密封流体の漏れは、一方の密封環をシールノ、ウジングに取付けたときに、この取付面間をシールするガスケットの取り付け構造に起因する。特に、高圧力や変動圧力の被密封流体の圧力を受けたときに、ゴム状弹性材製のガスケットに保持された密封環におけるシール面が複雑な変位を生じることがある。例えば、シールノヽウジングとシールノヽゥジングに取り付ける一方の密封環との間をシールするために、その部品間に取り付けられるゴム材製の断面 L形のガスケットが、一対に対向するうちの他方の密封環により強く押圧されたり、或いは被密封流体の高圧力により押圧されたりすると、一方の密封環とともに、軸方向へ弾性変形する構成になっている。この技術に関する先行技術は、例えば、下記の特許文献 1に記載されている。そして、一対の密封環の互いのシール面間は、一対の密封環に作用する外力によって押圧方向に微妙な相対変位をする。その結果、このシール面間の微妙な変位によりシール面間から被密封流体が漏洩する問題が存する。

[0003] 更に、シールハウジングに取り付けられた密封環とシールハウジングとの間が全面にわたり断面力形のガスケットによって覆われているので、密封環の摺動時の発熱がシールノ、ウジングに伝熱することが困難になる。このために、摺動時の発熱が密封環に蓄積して密封環に熱応力が発生する恐れがある。この熱応力は密封環のシール面に亀裂を惹起し、或いはシール面を変形させる原因となる。さらに、密封環とシ一ルノ、ウジングとの間をシールするガスケットが、密封環に発生する摺動発熱により、へたって密封環を支持することが困難になるとともに、ガスケットの接合間から被密封流体が漏洩し、シール能力を低下させる原因となる。

[0004] 図 11は、工業用ポンプの軸封装置としてのメカ-カルシール装置 100である。このメカ-カルシール装置 100は、下記の特許文献 1の図 3と同様に構成されているが、ガスケット 110については構成を異にする。また、図 11の右側の省略した部分は、特許文献 1の図 3のそれと同様に構成されている。そして、図 11のメカ-カルシール装置 100は、軸に装着した状態で軸方向へ断面にした片側の部分断面図である。このメカ-カルシール装置 100は、固定用シール部 100 Aと回転用シール装置 100Bとを組み合わせた構成である。このうち固定用シール部 100Aは、シールハウジング 16 0の貫通孔と、この貫通孔に揷設する回転軸 150との間に設けられて回転用シール装置 100Bと協働して機内の被密封流体が機外 Aへ漏洩するのを防止する。

[0005] この固定用シール部 100Aの固定用密封環 102は、シールハウジング 160との間に取り付けられたガスケット 110を介在させて嵌着されている。このガスケット 110は、シールハウジング 160と固定用密封環 102との間に取り付けられて両部品の嵌合面をシールしている。そして、ガスケット 110は、補強環 111の内周に第 1ゴム層 110C が接着されている。また、補強環 111の外周には第 2ゴム層 110Dが接着されている。また、補強環 111の機内側の一端部は、薄いゴム層に被覆されて押込端部 110A を形成している。また、第 1ゴム層 110Cおよび第 2ゴム層 110Dの両他端部も、金属端部 111Aとほぼ同一面のゴム端部 110Bに形成されて、る。

[0006] そして、ガスケット 110の軸方向長さは、固定用密封環 102の軸方向とほぼ同一寸法に形成されている。このガスケット 110の内周面と固定用密封環 102の外周面とを嵌着するとともに、ガスケット 110の外周面 110D1とシールハウジング 160の嵌合面 160Cとを嵌着して、る。このガスケット 110の挿入時にゴム端部 110Bと固定用密封環 102の背面 102Bとをほぼ同一面にしてシールハウジング 160の支持面 160Aに当接する。そして、固定用密封環 102の背面 102Bと反対の端面には、固定用シール面 102Aが設けられて!/、る。

[0007] 一方、固定用シール部 100Aと対向する回転用シール装置 100Bは、下記の特許文献 1の図面に示すものとほぼ同様である。つまり、回転用密封環 120と、この回転用密封環 120と回転軸 150との間をシールする図示省略のベローズと、回転用密封環 120を弹発に押圧する図示省略のコイルスプリングカゝら構成されている。

[0008] このメカ-カルシール装置 100は、前述したように、固定用密封環 102の固定用シール面 102Aと回転用密封環 120の回転用シール面 120Aとが密接して被密封流体が機外 Aへ漏洩しないように遮断する。更に、ガスケット 110によりシールハウジング 160と固定用密封環 102との間隙をシールして被密封流体力この間隙力も機外 A へ漏洩しないように遮断する。そして、固定用シール面 102Aと回転用シール面 120 Aとは、互いに両シール面 102A、 120Aが密接して摺動すると、各シール面 102A, 120Aは摺動するにつれて発熱をする。特に、被密封流体に不純物が含まれるような場合、又は被密封流体が化学液のような場合には、シール面は不純物を含む被密封流体の介在により発熱する。

[0009] このように構成されたメカ-カルシール装置 100は、図 12および図 13に示すようにして固定用密封環 102をシールハウジング 160の嵌合面 160Cに装着する。図 12と図 13は、シールハウジング 160の嵌合面 160Cに固定用密封環 102とガスケット 110 とを一体にして挿入する行程の状態図である。この図 12と図 13において、図 11と同一符号の部品は、同一構成として説明したので、部品の説明は省略する。そして、一体にした固定用密封環 102とガスケット 110とをシールハウジング 160の嵌合面 160 Cに嵌着するとき、嵌合面 160Cにガスケット 110の押込端面 11 OAを Pの力で押圧してガスケット 110と共に固定用密封環 102を装着する。このとき、ガスケット 110の外周側の第 2ゴム層 110Dは、挿入されるときの嵌合面 160Cとの摩擦力によって剪断ひずみが生じる。そして、第 2ゴム層 110Dの断面が挿入方向へ平行四辺形のように弾性変形する。しかし、補強環 111の金属端部 111Aは支持面 160Aに当接するから、ガスケット 110は、それ以上に前進しない。この状態で、 Pの外力を除くと、第 2ゴム層 110Dは Fの力で正四辺形に復元しょうとするから、そのスプリングバックにより図 11又は図 13に示すように支持面 160Aに対して背面 102Bとゴム端部 110Bとに間隙が生じる。この間隙は、組み立てている作業者から見えない内部に生じるために、その後も機外 A側力は判別することが困難になる。

[0010] 図 11又は図 13に示す固定用密封環 102の取り付け状態で、固定用密封環 102の固定用シール面 102Aと回転用密封環 120の回転用シール面 120Aとが密接しても、背面 102Bと支持面 160Aとの間に僅かでも間隙が存在すると、ばねまたは被密封流体の圧力により回転用密封環 120を介して押圧されている固定用密封環 102は、圧力の大きさに応じて固定用シール面 102Aがランダムに変動することになる。このために、メカ-カルシール装置 100の固定用シール面 102Aと回転用シール面 120 Aとが密接しない場合もあるので、シール能力が低下する。

[0011] また、背面 102Bと支持面 160Aとの間に間隙が発生すると、固定用密封環 102の固定用シール面 102A側に生じる摺動発熱は、シールハウジング 160の支持面 160 A側への伝熱が少なくなるから、固定用密封環 102Aにますます熱が蓄積することになる。その結果、固定用密封環 102の固定用シール面 102Aは、熱応力により変形し、回転用シール面 120Aと密接してシールすることが困難になる。さらに、蓄積した熱が固定用密封環 102からガスケット 110へ伝熱するから、ゴム材製のガスケット 11 0は、熱によりへたってシールハウジング 160と固定用密封環 102との間をシールするシール能力が低下する恐れが生じる。

[0012] 特許文献 1：実開平 5 - 1075号公報 (この公報の図 3を参照）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] 本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものである。その技術的課題は、メ力-カルシール装置の密封環のシール面が不規則に変位してシール能力が低下するのを防止することにある。また、密封環を密封に取り付けるノ¾ /キングが密封環からの摺動熱によりへたってシール能力が低下するのを防止することにある。さらに、固定用密封環のシール面に摺動熱に伴う変形や、亀裂等の不具合が発生するのを防止することにある。

課題を解決するための手段

[0014] 本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものである。そして、この本発明の技術的解決手段は以下のように構成されてヽる。

[0015] 本発明に係わるメカ-カルシール装置は、軸を揷設するシールノヽゥジングの孔に設けられた嵌合周面と、嵌合周面に対して段を成す支持面とに形成された段付穴に取り付けられるメカニカルシール装置であって、嵌合周面に嵌着する接合面と接合面の内周側に設けた接着面とを有すると共に、嵌合周面へ挿入する挿入先端に挿入先端部を有するゴム状弾性材製の環状のパッキング及びパッキングの接着面と結合する嵌着面と、支持面に密接する背面と、背面の反対側のシール面とを有する固定用密封環を具備し、背面を支持面に接合した位置で挿入先端部と支持面側の対向面との間に空間部を有し、空間部内にパッキングを押し込んでパッキングの弾性力により背面を支持面と密着させて、るものである。

発明の効果

[0016] この本発明に係わるメカ-カルシール装置によれば、密封環の嵌着面とシールノヽゥジングの嵌合周面との間に装着した環状のパッキングは、挿入先端部を空間部に押し込んで嵌着状態に保持しているものである。このためにパッキングは、図 9から図 1 0に示すような形に弾性変形して固定用密封環の背面を支持面に常に接合できる。その結果、固定用密封環の背面はシールノ、ウジングの支持面に接合して、るから、一方の回転用密封環側のばねにより押圧されても、また、被密封流体の高圧力により押圧されても、摺動シール面の軸方向の位置は、変位するのが防止できる。そして、摺動シール面のシール能力を発揮する効果が期待できる。また、固定用密封環の背面とシールノ、ウジングの支持面とが常に接合していると、摺動シール面が摺動して発熱しても、固定用密封環力も支持面を介してシールハウジングに伝熱し、固定用密封環は摺動熱による加熱が防止できる。その結果、固定用密封環が蓄積した摺動熱により摺動シール面に熱応力によるゆがみ、割れ等が発生するのを効果的に防止できる。また、摺動時に固定用密封環に蓄積した熱力 Sパッキングに伝熱してパッキングのゴム状弹性材に不具合が生じるのも防止できる。このために、ノッキング力も被密封流体が漏洩するのも効果的に防止できる効果を奏する。

図面の簡単な説明

[0017] [図 1]図 1は、本発明の第 1実施の形態に係わるメカ-カルシール装置を軸に装着した全断面図である。

[図 2]図 2は、図 1に示すパッキングを拡大した片側断面図である。

[図 3]図 3は、本発明の第 2実施の形態に係わるメカ-カルシール装置を軸に装着した片側の断面図である。

[図 4]図 4は、本発明の第 3実施の形態に係わるメカ-カルシール装置を軸に装着した片側の断面図である。

[図 5]図 5は、本発明の第 4実施の形態に係わるメカ-カルシール装置を軸に装着した片側の断面図である。

[図 6]図 6は、本発明のメカ-カルシール装置に関連するパッキングの片側の断面図である。

[図 7]図 7は、本発明のノッキングと固定用密封環とをハウジングの嵌合周面に取り付ける第 1挿入行程状態図である。

[図 8]図 8は、本発明のノッキングと固定用密封環とをハウジングの嵌合周面に取り付ける第 2挿入行程状態図である。

[図 9]図 9は、本発明のノッキングと固定用密封環とをハウジングの嵌合周面に取り付ける第 3挿入行程状態図である。

[図 10]図 10は、本発明のパッキングと固定用密封環とをノ、ウジングの嵌合周面に取り付けた嵌着の状態図である。

[図 11]図 11は、本発明に関連する他のメカ-カルシール装置の片側の断面図である

[図 12]図 12は、図 11のパッキングと固定用密封環とをノ、ウジングの嵌合面に取り付ける第 1挿入の状態図である。

[図 13]図 13は、図 11のパッキングと固定用密封環とをノ、ウジングの嵌合面に取り付けた嵌着の状態図である。

符号の説明

1 メカ-カルシール装置

1A 第 1シール部

1B 第 2シール部固定用密封環A シール面B 背面

C 内周面D 嵌着面0 パッキング0A 押出面0B 揷入先端部0C 第 1弾性層0C1 接着面0C2 凹凸面0D 第 2弾性層0D1 接合面0D2 シール部分0D3 突起部0D4 止部1 補強環

1A 挿入先端面1B 押圧端部5 支持環

5B 外周面5C 外面

5D 側面

5E 円筒部0 回転用密封環0 A 対向シーノレ面0B 押圧面0G 係止溝 43F かしめ部

60 シールハウジング

60A 支持面

60A1 凹支持面 (支持面側の対向面）

60B 段状穴

60C 嵌合周面

60E 係止段付部

P 押込装置

W 第 1幅

W1 第 2幅

X 奥行幅

A 機外領域

B 機内領域

発明を実施するための最良の形態

[0019] 以下、本発明に係わる実施の形態のメカ-カルシール装置を図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、寸法関係が正確な設計図を基にしたものである。

実施例 1

[0020] 図 1は、本発明に係わる第 1実施例のメカ-カルシール装置を示す全断面図である。図 2は、図 1の筒状のパッキング 10を拡大した片側の断面図である。この図 1は、シ一ルノ、ウジング 60の軸方向に設けた貫通する孔に連通する段状穴 60Bと回転軸 50 との間にメカ-カルシール装置 1を装着したものである。

[0021] 図 1に於いて、メカ-カルシール装置 1は、シールハウジング 60に固定される一方の第 1シール部 1A及び回転軸 50に取り付けられた他方の第 2シール部 1Bを一対に構成したものである。尚、この回転軸 50とシールノヽウジング 60とは相対回転する関係にあり、一方の回転軸 50が固定された構成で、他方のシールノヽウジング 60が回転体に形成されて両部品が相対回転する場合がある。以下、図 1と図 2とに基づいて説明する。 [0022] メカ-カルシール装置 1を構成する一方の第 2シール装置 IBには、カーボン材製の回転用密封環 20を設ける。この回転用密封環 20は、全体が環状体を成しており、この回転用密封環 20の外周面には、周面に沿って複数に配置する案内溝 20Gを形成する。この案内溝 20Gは外周面に対して軸方向を成す。叉、内周が回転軸 50と微小間隙で貫通する貫通孔に形成する。更に、回転用密封環 20の図示左先端部には対向シール面 20Aを設ける。又、対向シール面 20Aに対して反対側には押圧面 20 Bを形成する。尚、回転用密封環 20は、潤滑性を重視したカーボン材の他に、硬度を重視した炭化珪素材、更には、この両者を兼ね備えるものとして炭化珪素に潤滑性を付与した複合摺動材、エンジニアリング 'セラミックス等の材料により形成することちでさる。

[0023] 更に、回転用密封環 20の外周面に嵌合する筒部 43Aと、この筒部 43Aの一端に孔付の底部 43Bを設けたドライブケース 43を形成する。このドライブケース 43の筒部 43Aの内周には、案内溝 20G内に入り込んで係止する内方へ凸状の係止部 43Cを形成する。また、底部 43Bの内周端には、周面に沿って 2等配又は 3等配に配置して軸方向へ突出する板状の連結片 43Dを形成する。さらに、筒部 43Aの他端部には周面に沿って複数の力しめ部 43Fを形成する。このドライブケース 43の材質は、鋼、アルミニウム、ステンレス鋼等でプレスカ卩ェして製作する。

[0024] また、回転用密封環 20の押圧面 20B側にはゴム又は榭脂材製のベローズ 47を配置する。このべローズ 47は、外筒部 47Aの一端に内方へ折り曲げられた筒状の可撓部を設けるとともに、可撓部から軸方向へ連続する内筒嵌合部 47Bに形成する。この外筒部 47Aの一端面には、接合面 47A1を形成する。この接合面 47A1を回転用密封環 20の押圧面 20Bに接合した状態にして力しめ部 43Fとドライブケース 43の底部 43Bとの間で回転用密封環 20と外筒部 47Aとを狭持して接合面 47A1を押圧面 20 Bに接合状態にする。そして、回転用密封環 20とべローズ 47とをドライブケース 43によって結合状態に保持する。また、内筒嵌合部 47Bの内周面 47B1を回転軸 50の外周面に嵌合する。さらに、内筒嵌合部 47Bの外周面には、結合面 42Cを嵌着したドライブリング 42を設ける。このドライブリング 42により、内筒嵌合部 47Bを回転軸 50に固定する。そして、内筒嵌合部 47Bの内周面 47B1の密着により内筒嵌合部 47Bと回転軸 50との嵌合間をシールするとともに、回転用密封環 20の押圧面 20Bにべ口ーズ 47の接合面 47A1を密接させて回転用密封環 20の押圧面 20B側をシールしている。

[0025] このドライブリング 42には、外周面の周面に沿って等配に軸方向を成す複数条の係止溝 42Gを形成する。そして、係止溝 42Gには、ドライブケース 43の係止片 43D を係止させてドライブリング 42とドライブケース 43とがともに回動するように連結する。また、ベローズ 47の機内領域 B側には、回転軸 50の段付部 50Dに嵌着状態に結合したばね受環 44を設ける。このばね受環 44は、断面が L形の環状体に形成する。叉、ばね受環 44の側面には、ばね受面 44Aを設ける。そして、このばね受面 44Aとドライブケース 43の底部 43Bとの間には、回転用密封環 20を弹発に押圧するコイルばね等力も成る弹発手段 45を配置する。この弹発手段 45は、コイルばねに形成している力円錐状の蔓卷ばねに形成することもできる。なお、ばね受環 44は、ステンレス鋼板、鋼板等の材質を加工して製作する。

[0026] そして、回転用密封環 20と、ドライブケース 43と、ドライブリング 42と、ベローズ 47とは、互いに連結して回転軸とともに回動する。同時に、ドライブリング 42の係止溝 42 Gとドライブケース 43の係止片 43Dとが軸方向へ相対移動可能にされているので、ばね手段 45によりドライブケース 43と回転用密封環 20とは、ベローズ 47の可撓部を弾性変形させて固定用密封環 2へ弾発に押圧される。そして、弾発手段 45により押圧される回転用密封環 20の対向シール面 20Aは、固定用密封環 2のシール面 2Aと摺動して密接するようになる。なお、弹発手段 45は、上述のばねの他に複数のばねを組み合わせたものも利用できる。

[0027] 次に、シールハウジング 60の段状穴 60Bは、回転軸 50が挿入される孔の入口側の端部に形成されている。段状穴 60Bは、回転軸 50に対して径方向を成す支持面 6 OAと支持面 60Aに対して直角の嵌合周面 60Cと力も形成する。この支持面 60Aの嵌合周面 60C側は支持面 60Aより凹ませた凹支持面 (以下では、支持面側の対向面とも言う） 60A1に形成して凹支持面 60A1内に空間部 Cを形成する。

[0028] この段状穴 60Bには、第 1シール部 1Aを取り付ける。第 1シール部 1Aは、第 2シール部 1Bと対向する位置に配置する。第 1シール部 1Aは、固定用密封環 2とパッキング (ガスケット） 10から構成する。そして、固定用密封環 2の内周には、回転軸 50に間隙を設けて挿嵌する内周面 2Cを形成する。また、固定用密封環 2の外周には嵌着面 2Dを形成する。さらに、固定用密封環 2には、回転用密封環 20の対向シール面 2 OAと対向して密接するシール面 2Aを設ける。叉、固定用密封環 2のシール面 2Aと反対面には背面 2Bを形成する。そして、シール面 2Aと対向シール面 20Aとは、弹発手段 45の弹発カ又は被密封流体の圧力がベローズ 47を介して回転用密封環 20 の押圧面 20Bに作用する押圧力で密封に接触する。その結果、メカ-カルシール装置 1により機内領域 Bと機外領域 Aとを密封に遮断する。尚、固定用密封環 2は炭化珪素で製作されているが、超硬合金、カーボン、セラミック材等で製作することもできる。

[0029] 上述の固定用密封環 2の嵌着面 2Dとシールハウジング 60の嵌合周面 60Cとの間に設けられたパッキング 10は、ゴム材又は榭脂材製で円筒状に形成する。図 1のパッキング 10では、円筒状の補強環 11の周りをゴム材又は榭脂材のようなゴム状弾性材で全周を覆う形に形成する。補強環 11の内周側は、第 1弾性層 10Cに形成する。この第 1弾性層 10Cの内周面は、接着面 10C1に形成する。さらに、接着面 10C1には、凹凸面 (シール部分） 10C2を形成する（図 2の拡大したパッキング 10を参照)。そして、この凹凸面 10C2を介して固定用密封環 2の嵌着面 2Dと強く結合させる。この凹凸面 10C2の役目は、シール部分の機能とともに、嵌着面 2Dの凹凸と係止する係止手段の機能を持たせることもできる（図 2参照)。いずれの嵌着方法にせよ、固定用密封環 2の嵌着面 2Dとパッキング 10の接着面 10C1とは、圧入嵌着又は接着剤又は係止手段を介して強く結合する。

[0030] また、ノッキング 10の外周側は第 2弾性層 10Dに形成する。第 2弾性層 10Dの接合面 10D1には複数に突起するシール部分 10D2を設ける。このシール部分 10D2 は、シールハウジング 60の嵌合周面 60Cと強く圧着するとともに、被密封流体をシールする役目をする。このために、接合面 10D1と嵌着する嵌合周面 60Cは、荒い加ェ精度でも良いので、この嵌合周面 60Cの加工コストを低減できる。また、パッキング 10の機内領域 B側は、押出面 10Aに形成する。この押出面 10Aは、固定用密封環 2とパッキング 10とを段状穴 60Bに嵌合するときに、この押出面 10Aを押しこんで装着する。また、ノッキング 10の押出面 10Aと反対側は、挿入先端部 10Bに形成する。また、補強環 11における挿入先端部 10B側も、挿入先端面 11Aに形成する。この挿入先端面 11Aは挿入先端部 10Bと同一面にして第 2弾性層 10D力も露出させると良い。

[0031] ノッキング 10の軸方向の第 2幅 W1は固定用密封環 2の軸方向の第 1幅 Wとほぼ同一寸法に形成する。また、空間部 Cの奥行幅 Xは、ノッキング 10が空間部 C内へ押し込まれた後に復元しても、弾性変形力により支持面 60Aと背面 2Bとが常に圧接できる寸法以上にする（図 9と図 10のパッキング 10の挿入を参照）。このパッキング 1 0を押し込みながら組み立てる方法は、図 7から図 10に示す方法による。図 7から図 1 0に示すパッキング 10の組み付け方法は、図 1の第 1シール部 1Aにおける組み込む順序を示したものである。図 7から図 10の符号を詳しく示したように、説明のない図 1 と同一符号は、図 1で説明した部品と同一部品である。このため、図 7から図 10における部品の説明は省略する。

[0032] 先ず、図 7に示すように、固定用密封環 2にパッキング 10を結合する。そして、図示省略の押込装置 Pによりパッキング 10は押出面 10Aを押圧されながら嵌合周面 60C に押し込まれる。さらに、図 8は、ノッキング 10が嵌合周面 60Cに押し込まれて支持面 60Aに背面 2Bが当接した途中の組み立て行程の状態である。この時、第 2弾性層 10Dの接合面 10D1は、嵌合周面 60Cとの摩擦により弾性変形して断面が平行四辺形状 (剪断ひずみ）に変形する。この第 2弾性層 10Dは、断面が平行四辺形状に弾性変形して挿入先端部 10Bがひずみ (傾斜)面となってひずみ角度 (a)だけ歪む。さらにまた、図 9に示すように、ノッキング 10の挿入先端部 10Bおよび挿入先端面 11 Aを空間部 Cの支持面側の対向面に当接するまで押し込む。この時、第 1弾性層 10Cは、断面が平行四辺形状 (剪断ひずみ）に弾性変形して挿入先端部 10Bがひずみ (傾斜）面となってひずみ角度 (b)だけ歪む。そして、第 2弾性層 10Dのひずみ角度 (a)による軸方向のひずみ面の寸法 Yは（図 8も参照）、第 1弾性層 10Cのひずみ角度 (b)による軸方向のひずみ寸法 Xより小さくする必要がある。なお、パッキング 10に補強環 11がない場合は、ノッキング 10の外周部分を押し込むことにより、ノッキング 10の挿入先端部 10Bの全ひずみ面が図 9のひずみ角度 (b)のように傾斜するので、背面 2Bが支持面 60Aに強く接合した状態に保持される。

[0033] 図 10は、図示省略の押込装置 Pを除去した第 1シール部 1Aの取付状態を示す。

第 1シール部 1Aにおけるパッキング 10の挿入先端部 10Bのひずみ面は補強環の揷入先端面 11 Aを境にして傾斜する。そして、ノッキング 10の剪断ひずみにより固定用密封環 2の背面 2Bを常に支持面 60Aに密接させる。なお、押込装置 Pは、図示を省略するが、押込装置 Pには、内外径が固定用密封環 2とパッキング 10とを結合したリング体とほぼ同一形状の押込ジグを備えて、る。この押し込みジグの押し込み側の端面は、パッキング 10の押出面 10Aに当接する部分の突出部は、固定用密封環 2 のシール面 2Aに接合する押出面より図 9に示す X寸法だけ突出している。そして、押込装置 Pは、シールハウジング 60に支えられた三脚フレームの中心に設けた雌ねじに雄ねじを螺合して廻し、押込ジグを押し込みながらパッキング 10を段状穴 60Bに挿着する構成である。

実施例 2

[0034] 図 3は、本発明の実施例 2に係わるメカ-カルシール装置 1の片側の断面図である。図 3において、図 1と相違する点は、支持面 60Aを取付部品である支持環 15の軸方向の正面により構成したものである。シールノヽウジング 60には、段状穴 60Bが設けられて、る。この段状穴 60Bと貫通する孔の周面 60Hとが連続する部分に断面が L 形の支持環 15の円筒部 15Eを嵌着する。そして、支持環 15のフランジ部の側面 15 Bを段状穴 60Bの径方向面に接合する。そして、フランジ部の厚さ Xにより軸方向の奥行幅 Xの空間部 Cを形成し、空間部 Cは支持環 15の外周面 15Cと凹支持面 60A 1によって容易に形成できる。また、固定用密封環 2とパッキング 10は接着剤を介して結合する。そのほかの構成は図 1のメカ-カルシール装置と同一符号で示すようにほぼ同様である。

[0035] このようにメカ-カルシール装置 1を構成することにより、支持環 15によって空間部 Cの奥行幅 Xを任意に設計することが可能になる。そして、奥行幅 Xを深くすれば、パッキング 10の凹支持面 60A1に対して押し込みできる距離を大きくできるので、支持面 60Aと背面 2Bとを強く密接することが可能になる。その結果、段状穴 60Bの径方向面の径方向長さ寸法が、構造上力も十分にとれない場合でも、固定用密封環 2を支持環 15によって支持できるので、固定用密封環 2に発生する摺動熱を支持環 15 力もシールノ、ウジング 60へ放出することが可能になる。特に、支持環 15の円筒部 15 Eにより放熱効果が発揮できる。この支持環 15は、熱伝導率の良い銅、アルミニウム、ステンレス鋼等を利用すると良い。

実施例 3

[0036] 図 4は、本発明の実施例 3に係わるメカ-カルシール装置 1の片側の断面図である。図 4において、図 1のメカ-カルシール装置 1と相違する点は、固定用密封環 2の第 1幅 Wが、ノッキング 10の第 2幅 W1より奥行幅 Xだけ大きな寸法にした点である。そして、固定用密封環 2の第 1幅 Wをパッキング 10の第 2幅 W1より長くすることにより挿入先端部 10Bと支持面 60A側の対向面 (支持面 60Aと同一面で背面 2Bより外方側 )との間に奥行幅 X寸法の空間部 Cを容易に形成することができる。図 4におけるその他の構成は、図 1の構成と同一符号で示すように構成されている。このようにメカ-力ルシール装置 1を構成することにより、空間部 Cを容易に形成できる。し力も、固定用密封環 2の嵌着面 2Dとパッキング 10の接着面 10C1とを嵌着するときに、補強環 11 の端部を折り曲げて形成した内周端面を嵌着面 2Dに嵌合して強固に固着させることが可能になる。さらに、ノッキング 10は成形が容易になり、成形力卩ェのコストを低減できる。

実施例 4

[0037] 図 5は、本発明の実施例 4に係わるメカ-カルシール装置 1の片側の断面図である。図 5において、図 4に示すメカ-カルシール装置 1と相違する点は、シールハウジング 60の嵌合周面 60Cに係止段付部 60Eを設けたものである。また、ノッキング 10の軸方向に長い突起部 10D3の端に係止段付部 60Eと係止する止部 10D4を形成したものである。図 5におけるその他の構成は、図 4の構成と同一符号で示すように構成されている。このように構成したメカ-カルシール装置 1は、例えば、被密封流体の圧力が脈動する装置内で、メカニカルシール装置 1を長時間使用しても、支持面 60 Aと背面 2Bとの密接を確実に保持することが期待できる。なお、実施例 1から実施例 4に係わるメカ-カルシール装置 1の各第 2シール部 1 Bは、図 1の第 2シール部 1 Bと同様に形成されている。 [0038] 図 6は、本発明に係わるパッキング 10の一実施例を示す片側の断面図である。パッキング 10には径方向の中央に補強環 11を埋設する。この場合には、第 1弾性層 10 Cの接着面 10C1に複数の凹凸面（シール部分） 10C2を形成する。この凹凸面 10C 2を固定用密封環 2の嵌着面 2Dに圧入して嵌着する。又は、固定用密封環 2の嵌着面 2Dに凹凸面 10C2と係合する凹凸部 2D2を形成して凹凸面 10C2と係止させる。このようにして固定用密封環 2とパッキング 10とを嵌着する。次に、第 1弾性層 10Cの肉厚が第 2弾性層 10Dの肉厚より薄い場合には、第 1弾性層 10Cを固定用密封環 2 の嵌着面 2Dに圧入嵌合した状態で嵌着が可能になる。反対に、第 1弾性層 10Cが第 2弾性層 10Dより厚い場合には、固定用密封環 2とパッキング 10を接着等により一体に固着することが好ましい。このように固定用密封環 2とパッキング 10を結合して、ノッキング 10の挿入先端部 10Bを空間部 Cまで押し込むことにより、各弾性層 10C, 10Dに弹性的な剪断ひずみを生起させて支持面 60Aに背面 2Bを密接させることができる。

[0039] 以上述べた発明の各実施例により、固定用密封環 2の摺動時の発熱による加熱が背面 2Bから支持面 60Aを通してシールハウジング 60に伝熱して放熱することが期待できる。その結果、固定用密封環 2のシール面 2Aにおいて摺動熱により惹起される亀裂、割れ、等の不具合を効果的に防止できる。さらに、パッキング 10が摺動熱によりへたったり、弾性力が低下したり、化学的に変化することを効果的に防止することができる。また、シール面 2Aに発生する摺動熱により種々の被密封流体が熱劣化したり、オイル炭化生成物に変化したりしてシール面 2Aに付着し、シール面 2Aのシール能力が低下するのを効果的に防止できる。

[0040] 以下、本発明に係わる他の実施態様の発明について、その構成と作用効果を説明する。

[0041] 本発明の実施態様に係わる第 1発明のメカ-カルシール装置は、空間部が筒状のパッキングの軸方向の長さよりも固定用密封環の軸方向長さを長くして挿入先端部と支持面側の対向面との間に形成しているものである。

[0042] この第 1発明のメカ-カルシール装置によれば、空間部はパッキングの軸方向の長さよりも固定用密封環の軸方向長さを長くして挿入先端部と支持面との間に形成されているものである。このため、固定用密封環とパッキングとの寸法を設定通りに組み立てることができるので、空間部 Cの寸法も設定通りに形成できる。同時に、部品管理が容易になる効果を奏する。また、空間部の軸方向の奥行幅 Xの長さ力固定用密封環の軸方向長さとパッキングの軸方向の長さとの関係により任意に設計できるので、第 2弾性層の弾性変形状態を設定通りに形成して背面と支持面との接合カを最適にすることが可能になる。さらに、焼結成形により固定用密封環の長さが加工できるので、シールノヽウジングの空間部のための機械力卩ェを不要とし、加工コストを低減できる効果を奏する。さら〖こ、上述の本発明に記載したような効果も奏する。

[0043] 本発明の実施態様に係わる第 2発明のメカ-カルシール装置は、ノッキングの径方向幅の中間に筒状の補強環が埋設されているものである。

[0044] この第 2発明のメカ-カルシール装置によれば、ノッキングに筒状の補強環が埋設されているものである。このために、補強環によりパッキングを固定用密封環とシールハウジングとの間に確実に挿入することが可能になるとともに、第 2弾性層の押し込まれた弾性変形を補強環により支持して第 2弾性層とシールハウジングの嵌合面とを確実に嵌着させることが可能になる。そして、背面を支持面に長期間にわたって接合させることが可能になる。さらに、挿入先端部を支持面側の対向面に当接することにより第 2弾性層の弾性変形による嵌合面との嵌着を寸法通りに結合させることが可能になる。

[0045] 本発明の実施態様に係わる第 3発明のメカ-カルシール装置は、ノッキングに埋設の補強環の挿入先端面が挿入先端部の端面とほぼ同一に形成されているものである。

[0046] この第 3発明のメカ-カルシール装置によれば、ノッキングに埋設の補強環の挿入先端面が挿入先端部の端面とほぼ同一に形成されているものである。このため、補強環の挿入先端面を空間部の対向する壁面に当接させることにより、第 1弾性層と第 2弾性層のスプリングバックを想定した弾性変形を設定通りにできる効果を奏する。さらに、固定用密封環とシールノヽウジングとの間に挿入されるパッキングの挿入不足が判別できる効果を奏する。

[0047] 本発明の実施態様に係わる第 4発明のメカ-カルシール装置は、ノッキングが補強環より内周側の第 1弾性層の肉厚が補強環より外周側の第 2弾性層より厚肉の寸法に形成されてヽるものである。

[0048] この第 4発明のメカ-カルシール装置によれば、ノッキングは補強環より内周側の第 1弾性層の肉厚を補強環より外周側の第 2弾性層より厚肉な寸法に形成されているものである。このため、補強環を介して第 1弾性層の厚さを大きく弾性変形 (断面が平行四辺形に)させることができるとともに、第 2弾性層を第 1弾性層よりも小さく弾性変形させてシールハウジングの嵌合面と確実に嵌着させることができる効果を奏する (図 9と図 10を参照)。

[0049] 本発明の実施態様に係わる第 5発明のメカ-カルシール装置は、固定密封環の嵌着面とパッキングの接着面が凹凸による固定又は接着剤により固定されているものである。

[0050] この第 5発明のメカ-カルシール装置によれば、固定用密封環の嵌着面とパッキングの接着面が凹凸部による係止又は凹凸部の圧接により固定されているものである。このため、固定用密封環とパッキングとを確実に接合して第 2弾性層とシールハウジングの嵌合面との嵌着を確実にし、固定用密封環の背面とシールハウジングの支持面とを確実に接合させることが可能になる。その結果、摺動シール面の軸方向の変位を防止してシール効果を発揮できる。同時に、摺動に伴う固定用密封環の発熱も支持面力発散することが可能になるので、摺動熱による固定用密封環の摺動シール面の損傷も効果的に防止できる。

産業上の利用可能性

[0051] 以上述べたように、本発明は、密封環のシール面に於ける摺動熱を放熱してシール面に発生する亀裂 ·損傷を防止したメカ-カルシール装置として有用である。叉、密封環をシールするパッキングの不具合を防止してパッキングの耐久能力を向上したメ力-カルシール装置として有用である。

Claims

請求の範囲

[1] 軸を揷設するシールハウジングの孔に設けられた嵌合周面と、前記嵌合周面に対して内方へ段を成す支持面とに形成された段付穴に取り付けられるメカ二カルシール装置であって、

前記嵌合周面に嵌着する接合面と前記接合面の内周側に接着面とを有すると共に、前記嵌合周面へ挿入する挿入先端に挿入先端部を有するゴム状弾性材製の環状のパッキング

及び前記パッキングの前記接着面と結合する嵌着面と、前記支持面に密接する背面と、前記背面の反対側のシール面とを有する固定用密封環を具備し、

前記背面を前記支持面に接合した位置で前記挿入先端部と前記支持面側の対向面との間に空間部を有し、前記空間部内に前記パッキングを押し込んで前記パツキングの弾性力により前記背面を前記支持面に密着させて!/、ることを特徴とするメカ- カルシール装置。

[2] 前記空間部は前記パッキングの軸方向の長さよりも前記固定用密封環の軸方向長さを長くして前記挿入先端部と前記支持面側の対向面との間に形成していることを特徴とする請求項 1に記載のメカニカルシール装置。

[3] 前記パッキングの径方向中間に筒状の補強環が埋設されて!、ることを特徴とする請求項 1に記載のメカ-カルシール装置。

[4] 前記パッキングに埋設の前記補強環の挿入先端面が前記挿入先端部の端面とほぼ同一に形成されていることを特徴とする請求項 3に記載のメカ-カルシール装置。

[5] 前記パッキングに埋設された前記補強環の内周側の第 1弾性層の肉厚が前記補強環の外周側の第 2弾性層より厚い寸法の厚肉に形成されていることを特徴とする請求項 3に記載のメカ-カルシール装置。

[6] 前記固定用密封環の前記嵌着面と嵌着する前記パッキングの前記接着面に凹凸面が形成されて前記凹凸面が前記嵌着面と圧接着又は凹凸の係止により結合して

V、ることを特徴とする請求項 1に記載のメカ-カルシール装置。